GFP (Hebrew)

GFP - Green fluorescent protein
  GFP הינו חלבון אשר פולט אור ירקרק כאשר מאירים עליו באור כחול או אולטרה סגול. GFP קיים באופן טבעי במדוזה Aequorea Victoria לה הוא משמש כאמצעי הרתעה לטורפים. לחלבון זה שמושים רבים במחקר כגון סימון תאים ורקמות, מעקב אחרי תהליכים תוך תאיים ועוד. מגלי ה- GFP זכו בפרס נובל לכימיה בשנת 2008 בשל שימושיו הרבים ותרומתו העצומה למחקר.

גילוי החלבון
 החלבון הפלואורסצנטי הירוק הזוהר, GFP,  בודד לראשונה במדוזה Aequorea Victoriaבשנת  1962. במדוזה, הפלואורסנציה של GFP מתרחשת כאשר החלבון המאיר אאקורין (Aequorin) נקשר ליוני 2+Ca ונוצר צבע כחול זוהר. חלק מאנרגית האור מועבר ל-GFP, אשר מסיט את הצבע לירוק.

מבנה החלבון
 ה GFP מורכב מ- 238 חומצות אמינו היוצרות את המבנה ראשוני   של החלבון  ומשקלו המולקולרי 27kDa. לחלבון מבנה מרחבי דמוי חבית -  β-barrel הבנוי מ-11 גדילי ביתא (ירוקים)  וסליל אלפא (לבן). מרבית החלבון יוצר מבנה דמוי חבית כאשר חלק מהסליל חוצה את החבית לאורכה. האזור במולקולה שבולע את האור (כרומופור) והאזור שפולט את האור ( ) (פלואופור)  נמצאים במרכז החבית. למבנה זה תפקיד חשוב בפלואורסנציה של ה – GFP, המבנה הגלילי סביב   הפלואורופור מונע ממולקולות מים לחדור ולבצע דה-אקטיבציה למולקולה המעוררת לפני שזו תפלוט את האור. שלוש חומצות אמינו יוצרות את הפלואורופור : סרין (89), טירוזין (90) וגליצין (91). כאשר מקרינים על שרשרת הכרומופור אור באורך גל 395nm, מגיבות חומצות אמינו אלו  זו עם זו, ומביאות לפליטת אורבאורך גל של 509nm  מהפלואורופור. מוטציות ברצף חומצות האמינו בפלואורופור מביאות לשינוי בצבע הפלואורסנציה של החלבון. שינוי חומצות אמינו באזורים אחרים בחלבון יכול לשנות תכונות חלבון אחרות כגון מסיסות או ספקטרום בליעה. מוטציה נקודתית ברצף הפלואורופור, בה מוחלף טירוזין(89) בהיסטידין (Y89H) משנה את צבע הפלוריסנציה לכחול ומתקבל   BFP  - Blue Fluorescent Protein. שינוי הטירוזין לטריפטופן (Y89W) ישנה את  צבע הפלואורסנציה לכחול-ירוק ויתקבל CFP - Cyan Fluorescent protein. בדרך זו ניתן ליצור חלבון הנותן פלואורסנציה חזקה יותר. למוטנטים השונים של ה-GFP אורכי גל שונים של ,אקסיטציה ופליטה.

חשיבות החלבון ושימושיו השונים
 חוקרים מצאו שהחלבון זוהר באופן עצמאי ללא צורך באנזימים נוספים, דבר המאפשר את ביטויו של החלבון באורגניזמים אחרים. תכונה זו הפכה אותו ל"גן מדווח" שימושי מאחר וניתן לבטא אותו בקלות בכל תא, לעקוב אחר רמות הביטוי שלו בצורה איכותית ו/או כמותית, ואחר המיקום שלו בתוך התא. גן מדווח הוא רצף גנטי המוחדר ליד או בתוך רצף של גן אותו מדענים מעוניינים לחקור. לרוב, תפקידו של הגן המדווח הוא להראות בצורה איכותית ו/או כמותית את נוכחות וביטוי הגן הנחקר. כדי להחדיר גן מדווח, כדוגמת ה- GFP אל אורגניזם, מחברים החוקרים את הרצף המקודד של ה- GFP  לרצף הגן הנחקר בתוך רצף דנ"א מהונדס גנטית, בד"כ פלסמיד, אשר מוחדר אל התא או אל האורגניזם. במקרים בהם הגן הנחקר מתורגם לחלבון, יתקבל חלבון מאוחה פלואורסצנטי המכיל את החלבון הנחקר ואת ה- GFP. בדרך זו ניתן לסמן חלבונים בתא ולעקוב אחריהם באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי. אחד השימושים הנפוצים בסמנים פלואורוסצנטיים הוא שיטת FRET. בשיטה זו ניתן לזהות קרבה בין שני חלבונים ( פחות מ- nm 10 ). בשיטה זו משתמשים בשני סמנים פלואורוסצנטיים שונים כאשר עירור של סמן אחד מביא לפליטת אור באורך גל המאפשר ערור של הסמן הפלואורוסצנטי השני. מיפוי החלבונים בתאים, הבנת תפקידיהם , מיקומם והאינטראקציות שלהם עם חלבונים אחרים הינם בעלת חשיבות רבה מאחר ועשרות אלפי החלבונים הנמצאים בתא מבקרים תהליכים שונים. אי תפקוד או תפקוד לקוי של חלבון יכול לגרום למחלה. בנוסף, ניתן לעקוב אחר גורלם של מספר תאים בסיוע ה-GFP. למשל, נזק הנגרם לתאי עצב בחולי אלצהיימר או כיצד מתפתחים תאי בטא יוצרי האינסולין בלבלב של עובר מתפתח. בעזרת ה- GFP החוקרים הצליחו לפתח דרכים לצפות בתהליכים שקודם לכן היו בלתי נראים, כגון התפתחות תאי העצב במוח או התפשטות תאי סרטן.

פרס נובל


החוקר היפאני אוסמו שימומורה, ושני החוקרים האמריקאים, מרטין צאלפי ורוג'ר צין, זכו בפרס נובל בכימיה בשנת 2008. הפרס הוענק לשלושה על תגליתם המשותפת של ה- GFP. אוסאמו שימומורה בודד לראשונה את ה-GFP מה- Aequorea Victoria, הנסחפת עם הזרם באיזור החוף המערבי של יבשת צפון אמריקה. הוא גילה כי חלבון זה זוהר באור ירוק כאשר הוא מואר באור אולטרה סגול. מרטין צ'אלפי הדגים את הערך של ה-GFP כתגית גנטית מאירה למבחר תופעות ביולוגיות. באחד הניסויים הראשונים שערך הוא האיר ששה תאים אינדיבידואלים בתולעת העגולה השקופה Caenorhabditis elegans בסיוע ה-GFP. רוג'ר צין תרם להבנה הכללית כיצד ה-GFP מאיר. הוא גם הרחיב את מגוון הצבעים מעבר לירוק ואיפשר לחוקרים להעניק לחלבונים שונים בתא צבעים שונים. הדבר איפשר למדענים לעקוב אחר מספר תהליכים ביולוגיים נפרדים בו זמנית.

לעזרתכם , סרטון המתאר את הגילוי והשימוש ב GFP.

GFP